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森林資源情報算定方法及び森林資源情報算定装置

国内特許コード P180015177
整理番号 L17022,S2018-0549-N0
掲載日 2018年7月13日
出願番号 特願2018-076426
公開番号 特開2019-185449
出願日 平成30年4月11日(2018.4.11)
公開日 令和元年10月24日(2019.10.24)
発明者
  • 加藤 正人
  • 張 桂安
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 森林資源情報算定方法及び森林資源情報算定装置
発明の概要 【課題】立木密度の違いや樹高及び樹冠の大小が混交する森林においても、森林資源情報を高精度に算定する。
【解決手段】3次元点群データと地理的情報とに基づいて、調査対象森林域画像データを作成する調査対象森林域画像データ作成処理(ステップS30)と、調査対象森林域に存在する各樹木の樹冠の高さを樹冠高として表す樹冠高画像データの作成を行う樹冠高画像データ作成処理ステップ(ステップS40)と、樹冠高画像データから得られる樹冠高のうち、最大樹冠高が存在する階層を第1階層として、最大樹冠高を起点に所定長さの階層幅を有する階層を前記第1階層から地表面に向かって複数設定したときに、第1階層を含む各階層に樹頂点が存在する樹冠の樹頂点を、階層ごとにそれぞれ抽出する階層別樹頂点抽出処理ステップ(ステップS50)と、を有する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

樹高を含む森林資源に関する情報(森林資源情報という。)は、森林管理において重要な基礎情報である。森林資源情報は、従来においては、地上調査によって、調査員が標準的な森林と思われる箇所に小面積の調査地を設定して、当該調査地における樹木の位置、胸高直径、樹高を測定し、その結果に管理面積を乗ずることで、全体の森林資源情報を推定する方法が広く行われている。

このような森林資源情報の推定方法では、森林資源の推定精度を上げるためには、現地調査箇所の数を増やす必要があるが、そうとすると、多大な労力と費用を要する。地上調査で最も誤差が生じやすい樹高算定は、森林内は障害物や枝葉が茂っていることから、地上からは樹木の頂点が見えない場合がほとんどであり、林縁や孤立木などの標本木を使用して樹高を測定し、実測した胸高直径と標本木の樹高との関係から回帰式を作成し、樹高を推定し、内挿することを行っている。さらに、測定者の技量や測定斜面などの地形の影響を受けると測定誤差が大きくなる。

そこで、最近では、航空レーザー計測で得られた3次元点群データから、樹木頂点や樹木抽出を評価することも行われている。また、ドローンや航空機等で上空から森林を撮影した画像を3次元点群データに変換して、樹木頂点や樹木抽出を評価することも行われている。

産業上の利用分野

本発明は、調査対象森林域を含む地域に対応する画像データに基づいて、調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定方法及び森林資源情報算定装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定方法であって、
前記調査対象森林域を含む地域に対応する3次元点群データと地理的情報とに基づいて調査対象森林域画像データを作成する調査対象森林域画像データ作成処理ステップと、
前記調査対象森林域画像データに基づいて、前記調査対象森林域に存在する各樹木の樹冠の高さを樹冠高として表す樹冠高画像データの作成を行う樹冠高画像データ作成処理ステップと、
前記樹冠高画像データから得られる樹冠高のうち、最大樹冠高が存在する階層を第1階層として、前記最大樹冠高を起点に所定長さの階層幅を有する階層を前記第1階層から地表面に向かって複数設定したときに、前記第1階層を含む各階層に樹頂点が存在する樹冠の樹頂点を、前記階層ごとにそれぞれ抽出する階層別樹頂点抽出処理ステップと、
を有することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項2】
請求項1に記載の森林資源情報算定方法において、
前記樹冠高画像データ作成処理ステップは、前記調査対象森林域画像データに基づいて、メッシュ化されたデジタル表層モデルデータとデジタル標高モデルデータとを作成し、メッシュごとに前記デジタル表層モデルデータと前記デジタル標高モデルデータとの差分を取ることによって、メッシュごとに樹冠高が求められた樹冠高画像データを作成することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項3】
請求項2に記載の森林資源情報算定方法において、
前記階層別樹頂点抽出処理ステップには、
前記メッシュごとに樹冠高が求められた樹冠高画像データを用いて、前記第1階層を含む各階層に存在する個々の樹冠に対応する階層別樹冠高点群データを、前記階層ごとに作成する階層別樹冠高点群データ作成処理ステップと、
前記階層別樹冠高点群データ作成処理ステップによって作成された前記個々の樹冠に対応する階層別樹冠高点群データから、前記個々の樹冠に対応する階層別樹冠高点群データの最大値を前記階層ごとに算定して、算定された最大値を当該階層別樹冠高点群データに対応する樹冠の樹頂点とする樹頂点算定処理ステップと、
が含まれていることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項4】
請求項3に記載の森林資源情報算定方法において、
前記樹頂点算定処理ステップは、前記最大値を算定する際においては、前記個々の樹冠に対応する前記階層別樹冠高点群データのうち、前記階層別樹冠高点群データが既に作成されている樹冠と同じ樹冠に対応する階層別樹冠高点群データは除外して、前記最大値を算定することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項5】
請求項3又は4に記載の森林資源情報算定方法において、
前記階層別樹頂点抽出処理ステップには、
前記樹冠高画像データの各メッシュをそれぞれ処理対象メッシュとし、当該処理対象メッシュに平均化フィルターを重ね合わせ、当該平均化フィルターに含まれる各メッシュの樹冠高の平均値を当該処理対象メッシュの樹冠高とする処理を、各処理対象メッシュにおいて順次行うことによって、ノイズ除去済みの樹冠高画像データを作成する平均化処理ステップがさらに含まれており、
前記階層別樹冠高点群データ作成処理ステップは、前記平均化処理ステップによって作成されたノイズ除去済みの樹冠高画像データを、前記メッシュごとに樹冠高が求められた樹冠高画像データとして用いて前記階層別樹冠高点群データを作成することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項6】
請求項1~5のいずれかに記載の森林資源情報算定方法において、
前記階層幅は、0.2m~2.0mの範囲の長さに設定されていることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項7】
請求項1~6のいずれかに記載の森林資源情報算定方法において、
前記3次元点群データは、上空から撮影箇所を重複させ、かつ、ずらしながら撮影して得られた撮影画像データから、3次元形状復元技術であるSFM(Structure from Motion)によって作成されていることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項8】
請求項1~6のいずれかに記載の森林資源情報算定方法において、
前記3次元点群データは、上空からレーザー光を照射して得られたレーザー計測データに基づいて作成されていることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項9】
請求項1~8のいずれかに記載の森林資源情報算定方法において、
前記階層ごとにそれぞれ抽出された樹冠の樹頂点を基にして、当該樹冠の樹冠高から、隣接して存在する樹冠を領域分割する領域分割アルゴリズムを用いて、個々の樹冠が区分された精密樹冠画像データを作成する精密樹冠画像データ作成処理ステップをさらに有することを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項10】
請求項9に記載の森林資源情報算定方法において、
前記領域分割アルゴリズムは、Watershedアルゴリズムであることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項11】
請求項9又は10に記載の森林資源情報算定方法において、
前記精密樹冠画像データ作成処理ステップによって作成された前記精密樹冠画像データから、前記各樹木に対応する精密樹冠情報を作成する精密樹冠情報作成処理ステップと、
前記精密樹冠情報作成処理ステップによって作成された前記各樹木に対応する精密樹冠情報に基づいて、前記調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定処理ステップと、
をさらに有し、
前記各樹木に対応する精密樹冠情報には、少なくとも、前記各樹木に対応する樹冠のラベル番号、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠位置、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠直径及び前記各樹木に対応する樹冠の樹冠面積が含まれており、
前記森林資源情報算定処理ステップには、
前記各樹木において人間のほぼ胸の高さの直径を各樹木の胸高直径として算定する胸高直径算定処理ステップと、
前記各樹木の材積を算定する材積算定処理ステップと、
前記各樹木の胸高直径、前記各樹木の材積、前記精密樹冠情報作成処理ステップで作成された前記精密樹冠情報及び前記階層別樹頂点抽出ステップで抽出された樹頂点に基づいて得られる各樹木の樹高を集計する処理を行う森林資源情報集計処理ステップと、が含まれていることを特徴とする森林資源情報算定方法。

【請求項12】
調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定装置であって、
前記調査対象森林域を含む地域に対応する3次元点群データと地理的情報とに基づいて調査対象森林域画像データを作成する調査対象森林域画像データ作成部と、
前記調査対象森林域画像データに基づいて、前記調査対象森林域に存在する各樹木の樹冠の高さを樹冠高として表す樹冠高画像データの作成を行う樹冠高画像データ作成部と、
前記樹冠高画像データから得られる樹冠高のうち、最大樹冠高が存在する階層を第1階層として、前記最大樹冠高を起点に所定長さの階層幅を有する階層を前記第1階層から地表面に向かって複数設定したときに、前記第1階層を含む各階層に樹頂点が存在する樹冠の樹頂点を、前記階層ごとにそれぞれ抽出する階層別樹頂点抽出部と、を有することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項13】
請求項12に記載の森林資源情報算定装置において、
前記樹冠高画像データ作成部は、前記調査対象森林域画像データに基づいて、メッシュ化されたデジタル表層モデルデータとデジタル標高モデルデータとを作成し、メッシュごとに前記デジタル表層モデルデータと前記デジタル標高モデルデータとの差分を取ることによって、メッシュごとに樹冠高が求められた樹冠高画像データを作成することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項14】
請求項13に記載の森林資源情報算定装置において、
前記階層別樹頂点抽出部には、
前記メッシュごとに樹冠高が求められた樹冠高画像データを用いて、前記第1階層を含む各階層に存在する個々の樹冠に対応する階層別樹冠高点群データを、前記階層ごとに作成する階層別樹冠高点群データ作成部と、
前記階層別樹冠高点群データ作成部によって作成された前記個々の樹冠に対応する階層別樹冠高点群データから、前記個々の樹冠に対応する階層別樹冠高点群データの最大値を前記階層ごとに算定して、算定された最大値を当該階層別樹冠高点群データに対応する樹冠の樹頂点とする樹頂点算定部と、
が含まれていることを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項15】
請求項14に記載の森林資源情報算定装置において、
前記樹頂点算定部は、前記最大値を算定する際においては、前記個々の樹冠に対応する前記階層別樹冠高点群データのうち、前記階層別樹冠高点群データが既に作成されている樹冠と同じ樹冠に対応する階層別樹冠高点群データは除外して、前記最大値を算定することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項16】
請求項14又は15に記載の森林資源情報算定装置において、
前記階層別樹頂点抽出部には、
前記樹冠高画像データの各メッシュをそれぞれ処理対象メッシュとし、当該処理対象メッシュに平均化フィルターを重ね合わせ、当該平均化フィルターに含まれる各メッシュの樹冠高の平均値を当該処理対象メッシュの樹冠高とする処理を、各処理対象メッシュにおいて順次行うことによって、ノイズ除去済みの樹冠高画像データを作成する平均化処理部がさらに含まれており、
前記階層別樹冠高点群データ作成部は、前記平均化処理部によって作成されたノイズ除去済みの樹冠高画像データを、前記メッシュごとに樹冠高が求められた樹冠高画像データとして用いて前記階層別樹冠高点群データを作成することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項17】
請求項12~16のいずれかに記載の森林資源情報算定装置において、
前記階層幅は、0.2m~2.0mの範囲の長さに設定されていることを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項18】
請求項12~17のいずれかに記載の森林資源情報算定装置において、
前記3次元点群データは、上空から撮影箇所を重複させ、かつ、ずらしながら撮影して得られた撮影画像データから、3次元形状復元技術であるSFM(Structure from Motion)によって作成されていることを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項19】
請求項12~17のいずれかに記載の森林資源情報算定装置において、
前記3次元点群データは、上空からレーザー光を照射して得られたレーザー計測データに基づいて作成されていることを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項20】
請求項12~19のいずれかに記載の森林資源情報算定装置において、
前記階層ごとにそれぞれ抽出された樹冠の樹頂点を基にして、当該樹冠の樹冠高から、隣接して存在する樹冠を領域分割する領域分割アルゴリズムを用いて、個々の樹冠が区分された精密樹冠画像データを作成する精密樹冠画像データ作成部をさらに有することを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項21】
請求項20に記載の森林資源情報算定装置において、
前記領域分割アルゴリズムは、Watershedアルゴリズムであることを特徴とする森林資源情報算定装置。

【請求項22】
請求項20又は21に記載の森林資源情報算定装置において、
前記精密樹冠画像データ作成部によって作成された前記精密樹冠画像データから、前記各樹木に対応する精密樹冠情報を作成する精密樹冠情報作成部と、
前記精密樹冠情報作成部によって作成された前記各樹木に対応する精密樹冠情報に基づいて、前記調査対象森林域に関する森林資源情報を作成する森林資源情報算定部と、
をさらに有し、
前記各樹木に対応する精密樹冠情報には、少なくとも、前記各樹木に対応する樹冠のラベル番号、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠位置、前記各樹木に対応する樹冠の樹冠直径及び前記各樹木に対応する樹冠の樹冠面積が含まれており、
前記森林資源情報算定部には、
前記各樹木において人間のほぼ胸の高さの直径を各樹木の胸高直径として算定する胸高直径算定部と、
前記各樹木の材積を算定する材積算定部と、
前記各樹木の胸高直径、前記各樹木の材積、前記精密樹冠情報作成部で作成された前記精密樹冠情報及び前記階層別樹頂点抽出部で抽出された樹頂点に基いて得られる各樹木の樹高を集計する処理を行う森林資源情報集計部と、が含まれていることを特徴とする森林資源情報算定装置。
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